JP4643725B2

JP4643725B2 - 工作機械の制御装置

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Publication number: JP4643725B2
Application number: JP2009101275A
Authority: JP
Inventors: 平輔岩下; 肇置田; 淳一手塚
Original assignee: FANUC Corp
Current assignee: FANUC Corp
Priority date: 2009-04-17
Filing date: 2009-04-17
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2029-04-17
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Description

本発明は、マシニングセンタなどの工作機械を制御する工作機械の制御装置に関する。

ワークの加工時の消費電力を抑えるようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この特許文献１記載の装置では、軸送り用のサーボモータの加速時間を延ばして必要電流の最大値を低下させ、これにより消費電力を抑えるようにしている。

特開平６−１６１５３５号公報

しかしながら、この種の工作機械では、ワーク加工時に軸送り用モータだけでなく、切削油供給用の油圧ポンプ等、一定の電力にて動作する機器も同時に駆動される。したがって、上記特許文献１記載の装置のように、軸送り用のサーボモータの加速時間を延ばす構成では、サイクルタイムが長くなって上記機器の消費電力量が増加し、工作機械全体の消費電力量を最適に抑えることが難しい。

本発明による工作機械の制御装置は、送り軸駆動用モータまたは主軸駆動用モータの加速時間および減速時間の少なくとも一方と相対関係を有する時定数をパラメータとして、送り軸駆動用モータまたは主軸駆動用モータの消費電力量を算出する第１の消費電力量算出手段と、時定数に応じて変化する、ワーク加工のサイクルタイムを算出するサイクルタイム算出手段と、サイクルタイム算出手段により算出されたサイクルタイムに基づき、工作機械に設けられた一定電力にて動作する機器の消費電力量を算出する第２の消費電力量算出手段と、第１の消費電力量算出手段により算出された電力量と第２の消費電力量算出手段により算出された電力量との総和に基づいて目標時定数を決定し、この目標時定数に基づき送り軸駆動用モータまたは前記主軸駆動用モータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、送り軸駆動用モータの消費電力量と一定電力にて動作する機器の消費電力量との総和に基づき、送り軸駆動用モータの加速時間および減速時間の少なくとも一方と相対関係を有する目標時定数を決定し、この目標時定数に基づき送り軸駆動用モータを制御するようにしたので、工作機械全体の消費電力量を最適に抑えることができる。

本発明の実施の形態に係る制御装置が適用される工作機械の全体構成を概略的に示す図である。本発明の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。加工プログラムの一例を示すタイムチャートである。加工プログラムの異なるパターンを示す図である。本実施の形態の制御装置により得られる加減速時定数とサイクルタイムおよび総消費電力量との関係を示す図である。図１のコントローラで実行される処理の一例を示すフローチャートである。図５の変形例を示す図である。変形例により時定数を設定する際の係数の関係を示す図である。

以下、図１〜図８を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態が適用される工作機械の全体構成を概略的に示す図である。

図１に示す工作機械は、主軸を鉛直方向に配置した、いわゆる立型のマシニングセンタである。主軸は主軸モータ１０ｓにより回転駆動され、主軸モータ１０ｓの駆動により工具１１が回転駆動される。工具１１は、エンドミル、カッタ、ドリルなどの切削工具あるいは研削工具であり、主軸頭１２に着脱可能に装着されている。工具１１の下方にはテーブル１３が横設され、テーブル１３上にワーク１４が固定されている。

テーブル１３には、ナット１５を介してボールネジ１６が螺合されている。ボールネジ１６は送り軸モータ１０ｆにより回転駆動され、送り軸モータ１０ｆの駆動によりテーブル１３が水平方向（例えばＸＹ方向）に移動する。図示は省略するが、これと同様の送り機構は主軸側にも設けられ、送り軸モータ１０ｆの駆動により主軸頭１２が上下方向（Ｚ方向）に移動する。すなわち、工作機械には直交３軸の送り軸の方向（ＸＹＺ方向）に対応して複数の送り軸モータ１０ｆが設けられ、これら送り軸モータ１０ｆの駆動により工具１１に対しワーク１４が相対移動する。

主軸モータ１０ｓはＡＣスピンドルモータにより構成され、送り軸モータ１０ｆはＡＣサーボモータにより構成される。これらモータ１０ｓ，１０ｆは、アンプを介して供給される電源からの電力により駆動する。なお、主軸駆動用モータ１０ｓと送り軸駆動用モータ１０ｆの構成はこれに限らない。電源からの電力は、切削油を供給する油圧ポンプなどの周辺機器１７にも供給される。この周辺機器１７は、ワーク１４の加工中に一定の電力により動作する。

主軸モータ１０ｓおよび送り軸モータ１０ｆの駆動は、コントローラ２０により制御される。コントローラ２０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，その他の周辺回路などを有する演算処理装置を含んで構成される。コントローラ２０には、ワーク１４の加工に関する各種指令を入力する入力装置３１と、コントローラ２０で実行された処理に基づいて各種情報を表示する表示装置３２とが接続されている。入力装置３１は、キーボードやタッチパネルなどで構成できる。

図２は、本実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図であり、主にコントローラ２０の内部構成を示している。データ設定部２１は、入力装置３１からの指令により、送り軸の駆動による送り速度（目標送り軸速度）ｖｆや目標移動量Ｘ、主軸の回転速度（目標主軸速度）ｖｓ、初期の時定数、モータ固有の物理特性、主軸および送り軸の摩擦トルク、周辺機器１７が単位時間当たりに消費する消費電力Ｐ０などの各種データを設定するとともに、加工プログラムに含まれるデータを設定する。速度、移動量、時定数等は、加工プログラムの形で設定されてもよい。目標送り軸速度ｖｆと目標主軸速度ｖｓをそれぞれ設定速度とも呼ぶ。

図３は、データ設定部２１にて設定される加工プログラムの一例を示すタイムチャートである。図では、加工プログラムの開始から加工プログラムの終了までのサイクルタイムＴをｔ１〜ｔ１３に分けて示している。図３を詳述すると、加工プログラムの開始から時間ｔ１後に主軸が駆動し、時間ｔ２後に主軸速度は設定速度ｖｓとなる。さらに時間ｔ３後に送り軸が一方向に駆動し、時間ｔ４後に送り軸速度は設定速度ｖｆとなる。その後、送り軸は、設定速度ｖｆで時間ｔ５だけ駆動した後、減速し、時間ｔ６後に停止する。さらに時間ｔ７後に送り軸は反対方向に駆動し、時間ｔ８後に送り軸速度は設定速度−ｖｆとなる。その後、送り軸は、設定速度−ｖｆで時間ｔ９だけ駆動した後、減速し、時間ｔ１０後に停止する。一方、主軸は、時間ｔ１１後に減速し、時間ｔ１２後に停止して、時間ｔ１３後に加工プログラムが終了する。

なお、この例では、送り軸の加速時間ｔ４，ｔ８と減速時間ｔ６，ｔ１０を全て等しい値に設定するとともに、設定速度ｖｆ，−ｖｆで駆動する時間（一定速度時間）ｔ５，ｔ９も互いに等しい値に設定している。主軸の加速時間ｔ２と減速時間ｔ１２も互いに等しい値に設定している。

以下では、送り軸速度が設定速度ｖｆに到達するまでに要する時間を加減速時定数ｔｆと定義し、主軸速度が設定速度ｖｓに到達するまでに要する時間を加減速時定数ｔｓと定義する。図３の例では、加減速時定数ｔｆは加減速時間ｔ４，ｔ６，ｔ８，ｔ１０に等しく、加減速時定数ｔｓは加減速時間ｔ２，ｔ１２に等しい。なお、加減速時定数ｔｆ，ｔｓを単に時定数と呼ぶこともある。加減速時定数ｔｆ，ｔｓは、後述するように工作機械全体の消費電力量を考慮して決定される。

加減速時定数ｔｆ，ｔｓを用いると、送り軸の加速度ａｆはｖｆ／ｔｆとなり、主軸の加速度ａｓはｖｓ／ｔｓとなる。すなわち、加速度ａｆ，ａｓは加減速時定数ｔｆ，ｔｓをパラメータとした変数である。なお、図３の加減速時間ｔ２、ｔ４，ｔ６，ｔ８，ｔ１０，ｔ１２と一定速度時間ｔ５，ｔ９は、加減速時定数ｔｆ，ｔｓに応じて決定されるのに対し、他の時間ｔ１，ｔ３，ｔ７，ｔ１１，ｔ１３は、予め固定時間として設定されている。

図２の加減速時間算出部２２は、データ設定部２１からのデータを用いて、以下のように送り軸および主軸の加減速時間ｔｆ１，ｔｓ１をそれぞれ算出する。一定速度回転時間算出部２３は、データ設定部２１と加減速時間算出部２２からのデータを用いて、以下のように送り軸および主軸の一定速度時間ｔｆ２，ｔｓ２をそれぞれ算出する。

送り軸の加速度ａｆ（mm/sec²）、移動量Ｘ（mm）、設定速度ｖｆ（mm/sec）を用いると、移動量Ｘが多く、図４（ａ）に示すように送り軸速度が設定速度ｖｆに到達しているとき、つまりＸ＞ｖｆ^２／ａｆのときの送り軸の加減速時間ｔｆ１および一定速度時間ｔｆ２は、それぞれ次式(I)により求めることができる。
ｔｆ１＝ｖｆ／ａｆ
ｔｆ２＝Ｘ／ｖｆ−ｖｆ／ａｆ (I)

一方、移動量Ｘが少なく、図４（ｂ）に示すように送り軸速度が設定速度ｖｆに到達しないとき、つまりＸ≦ｖｆ^２／ａｆのときの送り軸の加減速時間ｔｆ１と送り軸の最高速度ｖｆ１は、それぞれ次式(II)により求めることができる。
ｔｆ１＝sqrt(Ｘ／ａｆ)
ｖｆ１＝sqrt(Ｘ・ａｆ) (II)

主軸の加速度ａｓ（rad/sec2）、設定速度ｖｓ（rad/sec）を用いると、主軸の加減速時間ｔｓ１は、次式(III)により求めることができる。
ｔｓ１＝ｖｓ／ａｓ (III)
主軸の一定速度時間ｔｓ２は、サイクルタイムＴ内における送り軸の加減速時間ｔｆ１と、一定速度時間ｔｆ２と、予め定めた固定時間（図３のｔ３，ｔ７，ｔ１１）とを加算することにより求めることができる。

図２のサイクルタイム算出部２４では、加減速時間算出部２２と一定速度回転時間算出部２３からの信号に基づき、加工のサイクルタイムＴ（図３のｔ１〜ｔ１３）を算出する。サイクルタイムＴの算出にあたっては、予め定められた加工プログラムを考慮する。図３の例では、例えば主軸および送り軸の加減速時間ｔｆ１，ｔｓ１と、送り軸の一定速度時間ｔｆ２と、固定時間（ｔ１，ｔ３，ｔ７，ｔ１１，ｔ１３）とを加算し、あるいは主軸の加減速時間ｔｓ１と、主軸の一定速度時間ｔｓ２と、固定時間（ｔ１，ｔ１３）とを加算することにより、サイクルタイムＴを求めることができる。

第１消費電力量算出部２５では、データ設定部２１と加減速時間算出部２２と一定速度回転時間算出部２３からの信号に基づき、以下のようにして各モータ１０ｆ，１０ｓの消費電力量を予測する。モータ固有の物理特性として、送り軸モータ１０ｆの巻線抵抗（一相分）をＲ（Ω）、トルク定数をＫｔ（Nm/A）、負荷イナーシャをＪ（kgm^２）、設定速度ｖｆにおける送り軸モータ１０ｆの回転数をω（rad/sec）、送り軸の摩擦トルクをＴｆ（Nm）とする。このとき、送り軸モータ１０ｆの加速時の電流Ｉ（A）は次式(IV)により求めることができる。
Ｉ＝（Ｊ×ａ）／Ｋｔ (IV)

モータ損失として銅損のみを考慮すると、送り軸モータ１０ｆの加速時の消費電力量Ｅａ（Ws）は、加減速時間ｔｆ１を用いて次式(V)により求めることができる。
Ｅａ＝１／２×Ｊ×ω^２＋３×Ｒ×Ｉ^２×ｔｆ１
＝Ｊ・ω^２／２＋（３Ｒ・Ｊ^２・ω／Ｋｔ^２）×ａ (V)

運動エネルギーが回生される割合を表す係数をＫｒとすると、送り軸モータ１０ｆの減速時の消費電力量Ｅｄ（Ws）は、次式(VI)により求めることができる。
Ｅｄ＝−１／２×Ｊ×ω^２×Ｋｒ＋３×Ｒ×Ｉ^２×ｔｆ１
＝−Ｊ・Ｋｒ・ω^２／２＋（３Ｒ・Ｊ^２・ω／Ｋｔ^２）×ａ (VI)

送り軸モータ１０ｆが一定速度で回転しているときの消費電力量Ｅｃは、一定速度時間ｔｆ２を用いて次式（VII）により求めることができる。
Ｅｃ＝Ｔｆ×ω×ｔｆ２＋３×Ｒ×（Ｔｆ／Ｋｔ）^２×ｔｆ２
＝Ｔｆ・ω・ｔｆ２＋３Ｒ・ｔｆ２×（Ｔｆ／Ｋｔ）^２ (VII)

サイクルタイムＴ内において加減速および一定速の領域が複数ある場合には、これら複数の領域の各消費電力量を加算すればよく、その場合の送り軸モータ１０ｆの消費電力量Ｅｍは次式(VIII)により求めることができる。
Ｅｍ＝ΣＥａ＋ΣＥｄ＋ΣＥｃ (VIII)
主軸モータ１０ｓについても同様にして消費電力量Ｅｍを求めることができる。

第２消費電力量算出部２６では、データ設定部２１とサイクルタイム算出部２４からの信号に基づき、サイクルタイムＴ内における周辺機器１７の消費電力量Ｅ０（Ws）を予測する。周辺機器１７で消費される電力をＰ０（W）とすると、消費電力量Ｅ０は、次式(IX)により求めることができる。
Ｅ０＝Ｐ０×Ｔ（IX）

総消費電力量算出部２７では、第１消費電力量算出部２５と第２消費電力量算出部２６からの信号に基づき、サイクルタイムＴ内における工作機械全体の総消費電力量Ｅを算出する。本実施の形態のようにモータが複数ある場合には、各モータ１０ｆ，１０ｓの消費電力量Ｅｍを加算すればよく、総消費電力量Ｅは次式(X)により求めることができる。
Ｅ＝ΣＥｍ＋Ｅ０ (X)

加減速時定数選択部２８では、総消費電力量Ｅが最小となるような目標時定数ｔａを求める。図５は、送り軸モータ１０ｆの加減速時定数ｔｆとサイクルタイムＴおよび総消費電力量Ｅとの関係を示す図である。この図は、加減速時定数選択部２８が、予めデータ設定部２１に定められた下限値ｔｍｉｎと上限値ｔｍａｘとの間で加減速時定数ｔｆを所定間隔Δｔで変更し、各時定数ｔｆ毎に、上述のように総消費電力量ＥとサイクルタイムＴを算出することにより得られる。なお、ｔｍｉｎ，ｔｍａｘ，Δｔは加工条件等に応じて例えば経験等に基づき定められる。図より、総消費電力量Ｅは下に凸の特性となり、サイクルタイムＴは右上がりの特性となる。この図から総消費電力量Ｅが最小となる目標時定数ｔａを求めることができる。主軸モータ１０ｓについても同様にして目標時定数ｔａを求めることができる。

図２のモータ制御部２９では、加減速時定数選択部２８で求められた目標時定数ｔａに基づいて各モータの駆動を制御する。すなわち目標時定数ｔａを用いて加減速時間ｔｆ１，ｔｓ１と一定速度時間ｔｆ２，ｔｓ２を設定し、加減速パターンを算出する。さらに、モータ制御部２９は、算出した加減速パターンに基づき各モータ１０ｆ，１０ｓに制御信号を出力し、ワーク加工時の各モータ１０ｆ，１０ｓの駆動を制御する。

図６は、コントローラ２０のＣＰＵで実行される処理、とくに加減速時定数ｔｆ，ｔｓの設定に関する処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、ワーク１４の加工前に行われるものであり、例えば入力装置３１により時定数設定指令が入力されると開始される。なお、初期状態では加減速時定数ｔｆ，ｔｓとして下限値ｔｍｉｎが設定されている。

ステップＳ１では、加減速時定数ｔｆ，ｔｓの設定に必要な各種データを設定する。これはデータ設定部２１における処理であり、設定されるデータとしては、目標送り軸速度ｖｆ、目標移動量Ｘ、目標主軸速度ｖｓ、モータ固有の物理特性（モータの巻線抵抗Ｒ，トルク定数Ｋｔ，負荷イナーシャＪ等）、主軸と送り軸の摩擦トルクＴｆ、周辺機器１７が単位時間当たりに消費する消費電力Ｐ０などである。

ステップＳ２では、加工プログラム（図３）を解析し、求めるべき加減速時間ｔｆ１，ｔｓ１と一定速度時間ｔｆ２，ｔｓ２の変化のパターン（加工パターン）、すなわち加工の順序や設定速度などを把握する。

ステップＳ３では、上述した加減速時間算出部２２での処理により、加減速時定数ｔｆ、ｔｓに応じた各モータ１０ｆ，１０ｓの加減速時間ｔｆ１、ｔｓ１を算出する。この場合、上述したように移動量Ｘとｖｆ^２／ａｆとの大小に応じた場合分けをして加減速時間ｔｆ１，ｔｓ１を算出する。

ステップＳ４では、上述した一定速度回転時間算出部２３での処理により、加減速時定数ｔｆ、ｔｓに応じた各モータ１０ｆ，１０ｓの一定速度時間ｔｆ２，ｔｓ２を算出する。

ステップＳ５では、上述したサイクルタイム算出部２４での処理により、加減速時定数ｔｆ，ｔｓに応じたワーク１４の加工に要するサイクルタイムＴを算出する。このサイクルタイムＴはメモリに記憶される。

ステップＳ６では、上述した第１消費電力量算出部２５での処理により、サイクルタイムＴ内における各モータ１０ｆ，１０ｓの消費電力量Ｅｍ（第１消費電力量）を算出する。

ステップＳ７では、上述した第２消費電力量算出部２６での処理により、サイクルタイムＴ内における周辺機器１７の消費電力量Ｅ０（第２消費電力量）を算出する。

ステップＳ８では、上述した総消費電力量算出部２７での処理により、サイクルタイムＴ内における工作機械全体の総消費電力量Ｅを算出する。この総消費電力量Ｅはメモリに記憶される。

ステップＳ９では、加減速時定数ｔｆ，ｔｓが上限値ｔｍａｘであるか否かを判定する。上限値ｔｍａｘでないと判定されると、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ１０では、現在の加減速時定数ｔｆ，ｔｓに予め定めた所定の時定数増分Δｔを加算し、これを新たな加減速時定数ｔｆ，ｔｓに設定し、ステップＳ３に戻る。この新たな時定数ｔｆ，ｔｓを用いてステップＳ３〜ステップＳ８の処理が繰り返される。

ステップＳ９で、時定数ｔｆ，ｔｓが上限値ｔｍａｘと判定されると、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、メモリに記憶された総消費電力量Ｅを用いて、上述した加減速時定数選択部２８での処理により、総消費電力量Ｅが最小となるような加減速時定数ｔｆ，ｔｓを選択する。そして、選択した時定数ｔｆ，ｔｓを目標時定数ｔａに設定し、処理を終了する。なお、処理の終了を例えばランプ等の点灯により報知するようにしてもよい。これによりオペレータはワーク１４の加工を適切な時期に開始できる。

本実施の形態の動作をまとめると次のようになる。例えば図３の加工プログラムに基づき目標時定数ｔａを設定する場合には、まず、時定数ｔｆ，ｔｓをパラメータとした加減速時間ｔｆ１，ｔｓ１および一定速度時間ｔｆ２，ｔｓ２を算出するとともに、サイクルタイムＴを算出する（ステップＳ３〜ステップＳ５）。次に、これら算出値を用いてモータ１０ｆ，１０ｓの消費電力量Ｅｍを算出する（ステップＳ６）。さらに、サイクルタイムＴを用いて周辺機器１７の消費電力量Ｅ０を算出する（ステップＳ７）。

これらの計算は、時定数ｔｆ，ｔｓを下限値ｔｍｉｎから上限値ｔｍａｘにかけて所定の増分Δｔで変更する度に行い、加減速時定数ｔｆ，ｔｓと総消費電力量ＥおよびサイクルタイムＴとの関係を示す特性（図５）を得る。この特性から総消費電力量Ｅが最小となるような時定数ｔｆ，ｔｓを選択し、これを目標時定数ｔａに設定する（ステップＳ１１）。この目標時定数ｔａを用いて加工プログラム実行時の加減速時間ｔｆ１、ｔｓ１および一定速度時間ｔｆ２，ｔｓ２が決定される。決定された加減速時間ｔｆ１，ｔｓ１および一定速度時間ｔｆ２，ｔｓ２に基づき各モータ１０ｆ，１０ｓを制御し、ワーク１４の加工を行う。

本実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）加減速時定数ｔｆ，ｔｓをパラメータとしてモータ１０ｆ，１０ｓの消費電力量Ｅｍを予測して算出するとともに、周辺機器１７の単位時間当たりの消費電力Ｐ０にサイクルタイムＴを乗じて周辺機器１７の消費電力量Ｅ０を予測して算出し、これら消費電力量Ｅｍ，Ｅ０の総和である総消費電力量Ｅが最小となるよう目標時定数ｔａを設定し、目標時定数ｔａに基づきモータ１０ｆ，１０ｓの加減速を制御するようにした。これにより工作機械全体の総消費電力量Ｅｍを考慮してモータ１０ｆ，１０ｓの駆動を最適に制御できる。
（２）総消費電力量Ｅが最小となるようにモータ１０ｆ，１０ｓを制御するので、消費電力量Ｅを最小限に抑えることができ、節電の効果を最大限に発揮できる。

なお、上記実施の形態では、加減速時定数選択部２８で、総消費電力量Ｅが最小となるように目標時定数ｔａを設定したが、時定数ｔａの設定はこれに限らない。例えば図７に示すように総消費電力量Ｅの制限値Ｅａを設定し、この制限値Ｅａ内で時定数Δｔａのうち、サイクルタイムＴが最短となる時定数を目標時定数ｔａとして設定してもよい。これにより消費電力量Ｅを抑えつつ、短いサイクルタイムＴでの加工動作が可能となり、効率よくワーク１４の加工を行うことができる。

加減速時定数ｔｆ、ｔｓと総消費電力量Ｅとの関係を表す関数をｆ（ｔ）、加減速時定数ｔｆ，ｔｓとサイクルタイムＴとの関係を表す関数をｇ（ｔ）、これら関数を加算した関数をＰ（ｔ）とし、Ｐ（ｔ）が最小となるような時定数ｔｆ，ｔｓを目標時定数ｔａに設定してもよい。その際、係数ｋ１，ｋ２（＞０）を用いて、次式（XI）によりＰ（ｔ）を算出してもよい。
Ｐ（ｔ）＝ｋ１×ｆ（ｔ）＋ｋ２×ｇ（ｔ） (XI)

上式(XI)の係数ｋ１，ｋ２については、例えば図８に示すような組み合わせを用意し、目的に応じていずれかを選択するようにしてもよい。これにより総消費電力量ＥとサイクルタイムＴの重みを可変にし、Ｐ（ｔ）を最適値とすることが可能である。図５のｔａと図７のｔａの間で、オペレータにより時定数を選択可能としてもよい。

ところで、主軸モータ１０ｓは、送り軸モータ１０ｆよりもサイクルタイムＴ内の一定回転時間ｔｓ２の割合が大きい。この点を考慮し、一定回転時間ｔｓ２に対し加減速時間ｔｓ１を無視できる場合には、主軸モータ１０ｓを一定電力にて動作する機器とみなし、第１の消費電力量算出手段としての第１消費電力量算出部２５において送り軸モータ１０ｆの消費電力量Ｅｍのみを算出するようにしてもよい。したがって、第２の消費電力量算出手段としての第２消費電力量算出部２５において、主軸モータ１０ｓの消費電力量１０ｍを算出し、周辺機器の電力量Ｅ０に含めるようにしてもよい。油圧ポンプや主軸モータ１０ｓだけでなく、一定電力にて動作する他の機器（例えばセンサやライト等）を周辺機器１７に含めることもできる。なお、本願の送り軸駆動用モータには、軸方向の送り速度が変化する送り軸モータ１０ｆだけでなく、回転送り速度が変化する主軸モータ１０ｓも含まれる。

上記実施の形態では、総消費電力量Ｅが最小となるように（図５）、または総消費電力量Ｅが設定値Ｅａ以下の範囲内でサイクルタイムＴが最短となるように（図７）、モータ１０ｆ，１０ｓの加減速を制御するようにしたが、第１消費電力量Ｅｍと第２消費電力量Ｅ０との総和Ｅに基づき目標時定数ｔａを決定し、この時定数ｔａに基づきモータ１０ｆ，１０ｓを制御するのであれば、モータ制御手段の構成はこれに限らない。モータ１０ｆ，１０ｓの加速のみまたは減速のみを制御するようにしてもよい。

上記実施の形態では、送り軸速度および主軸速度が設定速度ｖｆ，ｖｓに到達するまでに要する時間を加減速時定数ｔｆ，ｔｓとして第１消費電力量Ｅｍを算出するようにしたが、送り軸モータ１０ｆの加速時間および減速時間の少なくとも一方と相対関係を有する他の時定数を用いて第１消費電力量Ｅｍを算出してもよい。サイクルタイムＴに基づき第２消費電力量Ｅ０を算出するようにしたが、サイクルタイムＴの算出は加工プログラムに応じて異なる。したがって、サイクルタイム算出手段としてのサイクルタイム算出部２４の構成も上述したものに限らない。

上記実施の形態では、データ設定部２１にてあらかじめ設定した各種データを用いて、加減速時定数ｔｆ，ｔｓに応じた総消費電力量およびサイクルタイムを計算し、予測しているが、実際に加工プログラムを実行し、総消費電力量およびサイクルタイムの計算に実測データを用いることも可能である。

以上の実施の形態では、マシニングセンタに本発明の制御装置を適用するようにしたが、送り軸駆動用モータを有する他の工作機械にも本発明を同様に適用できる。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の工作機械の制御装置に限定されない。

１０ｆ送り軸モータ
１０ｓ主軸モータ
１７周辺機器
２０コントローラ
２２加減速時間算出部
２３一定速度回転時間算出部
２４サイクルタイム算出部
２５第１消費電力量算出部
２６第２消費電力量算出部
２７総消費電力量算出部
２８加減速時定数選択部
２９モータ制御部

Claims

送り軸駆動用モータまたは主軸駆動用モータの加速時間および減速時間の少なくとも一方と相対関係を有する時定数をパラメータとして、前記送り軸駆動用モータまたは前記主軸駆動用モータの消費電力量を算出する第１の消費電力量算出手段と、
前記時定数に応じて変化する、ワーク加工のサイクルタイムを算出するサイクルタイム算出手段と、
前記サイクルタイム算出手段により算出されたサイクルタイムに基づき、工作機械に設けられた一定電力にて動作する機器の消費電力量を算出する第２の消費電力量算出手段と、
前記第１の消費電力量算出手段により算出された電力量と前記第２の消費電力量算出手段により算出された電力量との総和に基づいて目標時定数を決定し、この目標時定数に基づき前記送り軸駆動用モータまたは前記主軸駆動用モータを制御するモータ制御手段とを備えることを特徴とする工作機械の制御装置。
請求項１に記載の工作機械の制御装置において、
前記モータ制御手段は、前記一定電力にて動作する機器を動作しつつ、前記送り軸駆動用モータまたは前記主軸駆動用モータを駆動してワークを加工する際の、前記第１の消費電力量算出手段により算出された電力量と前記第２の消費電力量算出手段により算出された電力量との総和が最小となるように、前記送り軸駆動用モータまたは前記主軸駆動用モータの加速および減速の少なくとも一方を制御することを特徴とする工作機械の制御装置。
請求項１に記載の工作機械の制御装置において、
前記モータ制御手段は、前記一定電力にて動作する機器を動作しつつ、前記送り軸駆動用モータまたは前記主軸駆動用モータを駆動してワークを加工する際の、前記第１の消費電力量算出手段により算出された電力量と前記第２の消費電力量算出手段により算出された電力量との総和が設定値以下の範囲で、前記サイクルタイム算出手段により算出されたサイクルタイムが最短となるように、前記送り軸駆動用モータまたは前記主軸駆動用モータの加速および減速の少なくとも一方を制御することを特徴とする工作機械の制御装置。